Düşük basınçlı soğuk plazma (cold plasma, CP), elektronların yüksek enerji taşıyabildiği ancak ağır parçacıkların sıcaklığının görece düşük kaldığı kısmen veya tamamen iyonlaşmış bir gaz ortamıdır; bu özellik, ısıya duyarlı biyolojik materyallerin kısa süreli yüzey işlemlerinde kullanılabilmesini sağlar. Bu çalışma saf azot (N₂), saf oksijen (O₂) ve üç farklı N₂/O₂ karışımından üretilen düşük basınçlı RF soğuk plazmanın Tatar karabuğdayı (Fagopyrum tataricum) tanelerinin çimlenmesi ve erken fide gelişimi üzerindeki etkisini 45 ve 90 saniyelik işlemlerle karşılaştırmıştır.

Saf N₂ ile 45 saniyelik işlem son çimlenme oranını, fide uzunluğunu veya biyokütleyi anlamlı biçimde olumsuz etkilememiştir. Saf N₂ ile 90 saniyelik işlem son çimlenmeyi kontrol grubuna göre %10'dan az düşürmüş, ancak fide uzunluğu ve biyokütlede anlamlı düşüş oluşturmamıştır. Saf O₂ plazması daha agresif davranmış; 45 saniyede son çimlenme oranı kontrolden %20'den fazla düşük olmuş, 90 saniyelik O₂ işlemi ise yaklaşık %80'lik azalmaya yol açmıştır. Oksijen oranı ve işlem süresi arttıkça çimlenme gecikmesi ve erken fide gelişimindeki olumsuzluk genel olarak güçlenmiştir.

Bu sonuçlar yalnız incelenen düşük basınçlı plazma sistemi, Tatar karabuğdayı materyali ve laboratuvar çimlenme koşulları için geçerlidir. Çalışma tarla verimini, uzun dönem bitki performansını veya plazmanın mikrobiyal dekontaminasyon başarısını doğrudan test etmemiştir.

Soğuk plazma nedir ve tohumlara neden uygulanıyor?

Plazma; serbest elektronlar, iyonlar, atomlar, moleküller, radikaller ve fotonlar içeren iyonlaşmış bir gaz durumudur. Termal plazmadan farklı olarak soğuk plazmada elektronlarla ağır parçacıklar termal dengede değildir. Elektronlar yüksek enerji taşıyabilirken ağır parçacıkların sıcaklığı daha düşük kalabilir. Bu nedenle kısa süreli soğuk plazma işlemleri tohum gibi sıcaklığa duyarlı biyolojik materyaller üzerinde araştırılmaktadır.

Plazma–tohum etkileşimi tohum yüzeyinin kimyasal ve fiziksel özelliklerini değiştirebilir. Literatürde yüzey ıslanabilirliğinin ve su alımının değişmesi, yüzey fonksiyonelleştirmesi, enzim/hormon yanıtları ve mikroorganizma inaktivasyonu gibi etkiler tartışılmaktadır. Ancak plazma etkisi yalnız “yararlı” değildir: gaz türü, reaktör, basınç, güç, işlem süresi, tohum türü ve hatta çeşit değiştiğinde yanıt tersine dönebilir.

Tatar karabuğdayı neden seçildi?

Tatar karabuğdayı (Fagopyrum tataricum) bir pseudocereal ürünüdür ve yaygın karabuğdaya (Fagopyrum esculentum) kıyasla daha az yetiştirilmektedir. Kaynak çalışma Tatar karabuğdayının soğuğa ve kuraklığa dayanıklı, düşük girdili yetiştiriciliğe uygun ve flavonoidler açısından zengin olduğunu vurgulamaktadır. Özellikle rutin içeriğinin yaygın karabuğdaydan çok daha yüksek olabildiği aktarılmaktadır.

Önceki soğuk plazma araştırmalarının büyük bölümü yaygın tarla bitkilerine odaklanmıştır. Tohumların CP'ye yanıtının tür ve çeşide bağlı olması nedeniyle Tatar karabuğdayı için gaz bileşiminin ayrıca optimize edilmesi gerekmektedir. Bu çalışmanın özgün araştırma sorusu saf N₂, saf O₂ ve bunların farklı oranlardaki karışımlarının Tatar karabuğdayı çimlenmesinde farklı sonuçlar oluşturup oluşturmadığıdır.

Plazma sistemi nasıl kurulmuştu?

Kaynak, yaklaşık 2 m uzunluğunda ve 0,20 m dış çapa sahip özel yapım bir reaktör kullanmıştır. İç çap 0,18 m, hacim yaklaşık 50 L'dir. İndüktif bağlı deşarj, cam vakum tüpünün çevresindeki uyarma bobinine bağlı 27,12 MHz Induktio UHFG-8 RF jeneratörü tarafından üretilmiştir. Yaklaşık 200 Tatar karabuğdayı tanesi metal ağ üzerine yayılarak bobin bölgesine yerleştirilmiştir.

Vakum için iki kademeli Leybold Trivac D65B pompası kullanılmıştır. Kaynak aynı yöntem cümlesinde plazma üretimi için 50 Pa basınç ve “çalışma basıncı yaklaşık 10 Pa” ifadelerini birlikte vermektedir; iki değerin ayrıntılı işlev ayrımı ayrıca açıklanmamıştır. Elektriksel koşullar 2,5 kV ve yaklaşık 1,5 kW olarak raporlanmıştır.

Gaz bileşimleri ve işlem süreleri

Bunlara ek olarak plazma uygulanmamış normal kontrol ve yalnız maksimum işlem süresi olan 90 saniye boyunca vakuma maruz bırakılmış vakum kontrolü kullanılmıştır. İşlemden hemen sonra taneler steril PVC torbalara alınmış ve çimlenme deneyleri aynı gün başlatılmıştır.

Çimlenme testi nasıl yapıldı?

Her uygulama için 20 tane, 75 mm çapındaki Petri kaplarına iki kat filtre kâğıdı üzerine yerleştirilmiş ve 4 mL bidistile suyla nemlendirilmiştir. Her grup altı kez tekrarlanmıştır. Petri kapları 22 °C ve %60 bağıl nemde, karanlık büyütme odalarında tutulmuştur. Gerektiğinde nemi korumak için steril distile su eklenmiştir.

Çimlenen tane sayısı ilk üç gün her 24 saatte bir, daha sonra 6. ve 8. günlerde sayılmıştır. Kökçüğün tohum kabuğunu görünür biçimde geçmesi çimlenme kriteri olarak kabul edilmiştir.

Denklem (1): Çimlenme oranı nasıl hesaplandı?

\[ GR(\%)= \frac{\text{çimlenen tane sayısı}} {\text{toplam tane sayısı}} \times100 \tag{1} \]

Formül neyi hesaplar? Belirli bir değerlendirme anında toplam tanelerin yüzde kaçının çimlendiğini gösterir.

Değişkenler: Pay, kökçüğü tohum kabuğunu geçmiş çimlenmiş tanelerin sayısıdır. Payda, başlangıçta ilgili grupta değerlendirilen toplam tane sayısıdır. Her iki büyüklük de adet olduğundan oran boyutsuzdur; 100 ile çarpılması sonucu yüzdeye dönüştürür.

Yorum: \(GR=100\%\) bütün tanelerin çimlendiğini, \(GR=50\%\) yarısının çimlendiğini ifade eder. Ancak GR yalnız nihai miktarı gösterir; çimlenmenin ne kadar hızlı gerçekleştiğini tek başına açıklamaz. Bu nedenle çalışma ikinci bir metrik olarak ortalama çimlenme süresini kullanmıştır.

Denklem (2): Ortalama çimlenme süresi neyi ölçüyor?

\[ MGT= \frac{\sum D\times n}{\sum n} \tag{2} \]

MGT (Mean Germination Time), çimlenen tanelerin ortalama olarak deneyin kaçıncı gününde çimlendiğini gösteren zaman ağırlıklı bir ortalamadır.

\(D\), deney başlangıcından itibaren geçen gün sayısıdır; \(n\), o gün çimlenen tane sayısıdır. \(D\times n\), belirli bir günde gerçekleşen çimlenmenin toplam zaman ağırlığına katkısını verir. Bütün günlerin katkıları toplanır ve toplam çimlenen tane sayısına bölünür.

MGT'nin birimi gündür. Daha düşük MGT, çimlenmenin daha erken gerçekleştiğini; daha yüksek MGT ise çimlenmenin geciktiğini ifade eder. Bu nedenle iki grup aynı nihai GR değerine sahip olsa bile daha yüksek MGT'ye sahip grup daha yavaş çimlenmiş olabilir.

Saf Azot Soğuk Plazması Tatar Karabuğdayında Neden Daha Uygun Göründü?

Saf N₂ plazması bu deneyde O₂ içeren plazmalardan daha az olumsuz sonuç verdi: 45 saniyelik N₂ işlemi son çimlenme, MGT, fide uzunluğu ve biyokütlede kontrol grubuna göre anlamlı olumsuz etki oluşturmazken, O₂ oranı ve özellikle 90 saniyelik maruziyet arttıkça çimlenme ve erken fide gelişimi bozuldu. Çalışma bu farkın moleküler nedenini doğrudan ölçmemiştir; reaktif oksijen ve azot türlerine ilişkin açıklamalar önceki literatüre dayanan mekanistik yorumlardır.

Oksijen oranı neden önemli olabilir?

Yazar, düşük basınçlı sistemlerde artan oksijen miktarının malzeme yüzeyindeki erozyonu güçlendirebildiğine ve reaktif oksijen türlerinin (ROS) mikrobiyal inaktivasyonda güçlü rol oynadığına ilişkin önceki çalışmaları tartışmaktadır. Ozon (O₃), metastabil O₂ türleri ve atomik O gibi oksijen türleri daha güçlü yüzey reaksiyonları oluşturabilir.

Reaktif azot türleri (RNS) de biyolojik yanıt oluşturabilir; ancak gaz karışımındaki O₂ oranının yükselmesi bu çalışmada genel olarak daha olumsuz çimlenme ve fide gelişimiyle birlikte görülmüştür. Özellikle 90 saniyelik %75 O₂ + %25 N₂ koşulunda fide gelişiminin en ağır biçimde baskılanması, yazar tarafından ROS ve RNS'nin birlikte etkisinin araştırılması gereken bir olasılık olarak tartışılmıştır.

Önemli ayrım: Bu araştırmada ROS/RNS konsantrasyonları veya plazmanın optik emisyon spektrumu doğrudan ölçülmemiştir. Dolayısıyla “şu reaktif tür şu hasarı oluşturdu” şeklinde kesin bir nedensel mekanizma çalışmanın deneysel bulgusu değildir.

Çalışmanın Yöntemi ve Bulguları

Örneklem yapısı ve kaynak-içi sayı notu

Kaynak, aktif plazma işlemleri için 10 farklı kombinasyon tanımlamakta ve bunlara normal kontrol ile vakum kontrolünü eklemektedir. Her grup için Petri kabı başına 20 tane ve altı tekrar bildirilmiş, dolayısıyla grup başına 120 tane kullanılmıştır.

Metin aynı zamanda “tüm deney için 1200 tane” ifadesini vermektedir. Matematiksel olarak \(20\times6\times10=1200\) yalnız on aktif CP grubunu karşılamaktadır. Kontrol ve vakum kontrolü de aynı 120 tane/grup hesabına dahil edilirse toplam daha yüksek olur. Kaynak bu farkı açıklamadığından Verianla toplam örnek sayısını yeniden hesaplayarak kaynak değeri gibi sunmamaktadır.

İstatistiksel değerlendirme

Sonuçlar altı tekrarın ortalaması ± standart hata (SE) biçiminde raporlanmıştır. Gruplar arasındaki farklar tek yönlü varyans analizi (one-way ANOVA) ve ardından Duncan post-hoc testi ile değerlendirilmiştir. Anlamlılık sınırı \(p<0.05\)'tir. Analiz için Statistica StatSoft sürüm 7, grafikler için MS Excel kullanılmıştır.

Tablo ve grafiklerde kullanılan üst simge harfler çoklu karşılaştırma sonucunu gösterir. Kaynağın açıklamasına göre farklı harf taşıyan gruplar istatistiksel olarak anlamlı biçimde farklıdır. Aynı harfi paylaşan gruplar için anlamlı fark gösterilmemiştir.

Çimlenme oranı ve MGT sonuçları

• Vakum kontrolü: Vakumun kendisi nihai çimlenmeyi olumsuz etkilememiştir. İkinci günde normal kontrole kıyasla yaklaşık %15 daha yüksek geçici çimlenme görülmüştür.
• N₂, 45 s: Nihai çimlenme ve MGT kontrol grubundan anlamlı biçimde olumsuz etkilenmemiştir.
• N₂, 90 s: MGT kontrol grubundan anlamlı biçimde farklı değildir; nihai çimlenme yaklaşık %10'dan az düşmüştür.
• O₂, 45 s: Nihai çimlenme kontrol grubuna göre %20'den fazla azalmıştır.
• O₂, 90 s: Nihai çimlenme yaklaşık %80 azalmış ve en güçlü olumsuz koşullardan biri oluşmuştur.
• N₂/O₂ karışımları: Genel eğilim, O₂ fraksiyonu ve özellikle 90 saniyelik işlem süresi arttıkça MGT'nin uzaması ve çimlenme performansının bozulması yönündedir.

Kaynak Şekil 2, çimlenme oranını 1., 2., 3., 6. ve 8. günlerde zaman eğrileri halinde göstermektedir. Kaynak Şekil 3 ise bütün grupların MGT değerlerini karşılaştırır. Grafiklerin bireysel ham veri noktaları tablolaştırılmadığı için Verianla bu eğrilerden kesin yeni sayılar çıkarmamaktadır.

Fide uzunluğu ve biyokütle

Fide verileri çimlenme sonuçlarıyla aynı genel deseni desteklemektedir. Kontrol, vakum kontrolü, N₂ 45 s ve N₂ 90 s gruplarının fide uzunlukları aynı “a” istatistik grubunda yer almıştır. Biyokütlede de bu dört koşul “a” grubundadır.

Saf O₂ 45 saniyede fide uzunluğunu 83,8 ± 1,6 mm'den 61,3 ± 2,6 mm düzeyine, biyokütleyi 78,6 ± 3,5 mg'dan 52,6 ± 2,5 mg'a düşüren bir desen göstermiştir. O₂ 90 saniyede uzunluk 46,4 ± 4,7 mm, biyokütle 30,2 ± 2,8 mg'dır.

Erken fide büyümesi açısından en düşük ortalama değer ise saf O₂'de değil, 90 saniyelik %75 O₂ + %25 N₂ karışımında ölçülmüştür: fide uzunluğu 23,3 ± 8,2 mm ve biyokütle 24,6 ± 3,7 mg. Yazar bu gözlemi ROS ve RNS'nin birleşik etkisinin araştırılmasını gerektiren bir sonuç olarak değerlendirmektedir.

İşlem süresinin etkisi

Gaz bileşimi kadar maruziyet süresi de belirleyicidir. Saf N₂, 45 saniyeden 90 saniyeye uzatıldığında fide uzunluğu ve biyokütlede anlamlı bozulma oluşturmamıştır; buna karşılık O₂ içeren koşullarda uzun işlem genel olarak daha güçlü inhibisyonla ilişkilidir.

Kaynak, güçlü düşük basınçlı plazma reaktörlerinin yoğun UV ve özellikle vakum-ultraviyole ışınımı ile diğer yüksek enerjili plazma bileşenlerini oluşturabildiğini literatür üzerinden tartışmaktadır. Uzun süreli maruziyetle elektron yoğunluğu, radyasyon ve ısı yükünün artması olası hasar mekanizmaları arasında gösterilmektedir. Ancak bu fiziksel büyüklükler mevcut deneyde ayrı ayrı ölçülmemiştir.

Çalışmanın doğrudan desteklediği sonuçlar

• İncelenen sistemde saf N₂ plazması saf O₂ plazmasına göre Tatar karabuğdayı için daha az agresif davranmıştır.
• 45 saniyelik saf N₂ uygulaması çimlenmeyi veya erken fide büyümesini anlamlı biçimde olumsuz etkilememiştir.
• 90 saniyelik saf N₂ uygulaması son çimlenmeyi %10'dan az azaltmış fakat fide uzunluğu ve biyokütleyi anlamlı etkilememiştir.
• Saf O₂ plazması 45 saniyede bile son çimlenmeyi %20'den fazla azaltmıştır.
• Saf O₂'nin 90 saniyelik uygulaması son çimlenmede yaklaşık %80 azalmayla ilişkilidir.
• O₂ oranının yükselmesi ve maruziyet süresinin uzaması genel olarak daha olumsuz çimlenme ve fide gelişimiyle ilişkilidir.
• 90 saniyelik %75 O₂ + %25 N₂ karışımı fide uzunluğu ve biyokütlede en düşük ortalamaları üretmiştir.
• Vakum işleminin kendisi nihai çimlenmede anlamlı olumsuz etki göstermemiştir.

Çalışmanın desteklemediği genellemeler

• N₂ plazmasının bütün bitki türleri ve bütün plazma reaktörlerinde güvenli olduğu gösterilmemiştir.
• 45 saniyelik N₂ işleminin tarla verimini artırdığı gösterilmemiştir.
• Soğuk plazmanın bu deneyde mantar veya bakteri dekontaminasyon başarısı ölçülmemiştir.
• ROS ve RNS miktarları ölçülmediği için belirli reaktif türlerin gözlenen biyolojik değişikliklerin doğrudan nedeni olduğu kanıtlanmamıştır.
• Deney yalnız çimlenme ve erken fide dönemini kapsar; yetişkin bitki büyümesi, verim ve ürün kalitesi değerlendirilmemiştir.
• Sonuçlar başka Tatar karabuğdayı çeşitlerine otomatik olarak genellenemez; kaynak tohum yanıtının çeşit düzeyinde değişebileceğini vurgulamaktadır.
• Bir laboratuvar plazma koşulunun ekonomik veya ticari tarımsal uygulanabilirliği bu deney tarafından gösterilmemiştir.

Gelecek araştırma gereksinimi

Yazar, daha sonraki çalışmaların gaz karışımlarını yalnız çimlenme açısından değil, dekontaminasyon etkinliği açısından da birlikte değerlendirmesi gerektiğini belirtmektedir. Ayrıca plazma uygulanmış Tatar karabuğdayının daha uzun zaman ölçeğinde ve özellikle tarla deneylerinde izlenmesi gerekmektedir.

Bu yaklaşım önemlidir; çünkü ideal tohum plazma işlemi yalnız mikroorganizmaları inaktive etmekle değil, bunu tohum canlılığı ve sonraki bitki gelişimini koruyarak yapmakla değerlendirilmelidir. Mevcut çalışma bu optimizasyon probleminin gaz bileşimi ve maruziyet süresine güçlü biçimde bağlı olduğunu göstermektedir.

Kaynak ve Yöntem Notu

Özgün başlık: Effect of nitrogen and oxygen low-pressure cold plasma and their mixtures on the germination and early seedling growth of Tartary buckwheat

Yazar: Jure Mravlje.

Sorumlu yazar: Jure Mravlje.

Kurumlar: Department of Biology, Biotechnical Faculty, University of Ljubljana, Ljubljana, Slovenia; Department of Surface Engineering, Jožef Stefan Institute, Ljubljana, Slovenia.

Dergi: Acta Biologica Slovenica.

Yayın bilgisi: 2026, 69(1), 106–115.

Yayıncı: University of Ljubljana Press ve Biological Society of Slovenia; dergi University of Ljubljana, Biotechnical Faculty tarafından yayımlanmaktadır.

DOI: 10.14720/abs.69.1.23667

Resmî bağlantı: https://doi.org/10.14720/abs.69.1.23667

Makale türü: Original Research; hakemli deneysel araştırma makalesi.

Gönderim: 18 Ağustos 2025. Kabul: 16 Ocak 2026. Yayın: 16 Ocak 2026.

Lisans: Creative Commons Attribution–ShareAlike (CC BY-SA).

Finansman: Slovenian Research and Innovation Agency (ARIS); P1-0212 Plant Biology ve P2-0082 Thin-film Structures and Plasma Surface Engineering program grupları ile J1-3014 projesi.

Veri erişilebilirliği: Araştırma verilerinin Zenodo üzerinde https://doi.org/10.5281/zenodo.18246860 DOI'siyle erişilebilir olduğu bildirilmiştir.

Çıkar çatışması: Yazar çıkar çatışması olmadığını bildirmiştir.

Yazar katkıları: Jure Mravlje; kavramsallaştırma, metodoloji, biçimsel analiz ve araştırma, kaynaklar, veri kürasyonu, özgün taslağın yazımı, gözden geçirme/düzenleme ve görselleştirmeden sorumlu olarak bildirilmiştir.

Kaynak-içi örneklem notu: Metin 10 aktif CP işlemi yanında kontrol ve vakum kontrolü bulunduğunu ve grup başına 120 tane kullanıldığını bildirirken toplam deney sayısını 1200 olarak vermektedir. 1200 değeri yalnız 10 aktif CP grubunun \(10\times120\) toplamına karşılık gelmektedir. Kaynak bu sayım farkını ayrıca açıklamamaktadır.

Kaynak-içi basınç notu: Reaktör yöntemi aynı cümlede 50 Pa basınç ile yaklaşık 10 Pa çalışma basıncını bildirmektedir. İki değerin deneysel rolü ayrıca ayrıştırılmadığından Verianla tarafından değiştirilmemiştir.

Temel yöntemsel sınır: Bulgular laboratuvar çimlenme ve erken fide büyümesine aittir. Uzun dönem bitki gelişimi, tarla verimi, dekontaminasyon verimliliği ve farklı çeşit/reaktör koşullarındaki performans ayrıca doğrulanmalıdır.